c++ 数据表示

»1 . 第8讲数据 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 ƒ 信息存储和传输的有效性，信息表示 ƒ 数字表示：数制及其相互转换 ƒ 字符表示 ƒ 汉字编码 ƒ 图形和视频表示：位图图象、矢量图象、数字视频 ƒ 音频表示：波形音频和MIDI音乐 ƒ 数据压缩：磁盘压缩、文件压缩、文本文件压缩、 图形文件、视频文件压缩、MP3音乐压缩 ƒ 使用压缩工具 . 1. 信息存储和传输的有效性问题 ƒ 信息论：研究信息表示和信息编码的有效方法。在 计算机里，信息编码和存储的方法——文件 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 。 包括字处理文档、图形数据、音频数据或视频数 据。 . 1. 信息存储和传输的有效性问题 ƒ 信息表示：使用n个比特，可以传送的最大不同信息单元数 为2n。 ƒ 已知信息个数M，如何知道需要的最少比特数？  log2 M  ¾例如：表示12个月,需要几比特? 位数 1 2 3 4 5 6 7 8 信息单元数 . 2. 数字表示-----数制及其相互转换 ƒ 数制的基本概念 所谓进制方式，就是选定一个正整数作为进制的单位，这个 数称为进制的“基数”。选定基数那么多个数字符号，然后设 法把任意的数用一串数字符号表示 对任意R进制数X，其值V（X）表示为： ∑∑ − −= − = += m i i i n i i i RXRXXV 1 1 0 )( 十进制数：基数为10，0-9数字 akak-1…a2a1a0=ak×10k+ak-1×10k-1+…+a2×102+a1×101+a0×100 二进制数：基数为2，两个数字“0”和“1” akak-1…a2a1a0=ak×2k+ak-1×2k-1+…+a2×22+a1×21+a0×20 八进制数：基数为8，0-7数字 十六进制数：基数为16，0-9，A，B，C，D，E，F . 计算机中数的编码表示 ƒ 一个二进制数在计算机内的表示形式称为机器数 ƒ 机器数的表示方法：无符号二进制数，原码、补码、反码 ¾无符号二进制数：没有符号位，全部数位都表示数 ¾有符号二进制数：数位和符号位，最高数位为符号位， “0”正数的符号位；“1”负数的符号位 ƒ 各种方法表示正数均相同，仅是负数不同 ƒ 原码：最高位为符号位，其余对应负数的数值 ƒ 反码：最高位为符号位，其余各数位求反码，得负数的值 ƒ 求反码：逐位求反，“0”变“1”；“1”变“0” ƒ 补码：最高位为符号位，其余各数位求补码，得负数的值 （将减法运算变成加法运算） ƒ 求补码：先求反码，再加1 . 实数的编码表示 定点数：小数点不占二进制的位，隐含在机器数里某固定位置 例：11110000 [X]原＝（11110000）2，则X＝（-0.875）10 [X]补＝（11110000）2，则X＝（-0.125）10 n位原码定点整数的表示范围： －（2n-1－1）≤ X ≤2n-1－1 n位原码定点小数的表示范围： －（1－2－（n-1））≤ X ≤1－2－（n-1） »2 . 实数的编码表示 ƒ 浮点数：把任意一个二进制数通过移动小数点位置表示成阶 码和尾数两部分 ±0.d1d2…dn×2±c1c2…cn N＝S×2E E为N的阶码（Exponent），有符号的整数 S为N的尾数（Mantissa），数值的有效数字部分，取二进 制定点纯小数形式 例：101.1101B=2＋3×0.1011101 0.01011101B=2－1×0.1011101 阶符 阶 尾符 尾数 . 实数的编码表示 ƒ 浮点数的格式如下： 例：写出二进制数－101.1101B的浮点数形式。设阶码取4位 补码，尾数是8位原码。 －101.1101B＝－0.1011101×2＋3 浮点形式为： „ 浮点数表示的范围：决定于阶码 浮点数表示的精度：决定于尾数—有效数位 国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ： 数位 阶码数位 范围 尾数数位 精度 单精度数 32 8 2127￣ +2127 24 7位十进制数 双精度数 64 11 -10308￣ +1030853 16位十进制数 . 3. 字符表示 ƒ 字符表示：用一系列比特来表示字符的方法 ƒ ASCII( American Standard Code for Information Interchange )：用7比特表示128个字符—— ASCII的数据文件为ASCII文件 ƒ ANSI( American National Standards Institute)编码：用8比特表示256个字符，前128个字符编 码与ASCII相同 ƒ EBCDIC( Extended Binary Code Decimal Interchange Code)：8位字符编码，在IBM大型机上 采用 ƒ Unicode：一种16位字符编码 41 101 65A 助记符 十进制 十六进制 八进制 . 4. 汉字编码 GB2312 《信息交换用汉字编码字 符集 ─ 基本集》 一个汉字编码用2个字节表示 [南] 十进制码： 36 47 十六进制码：24H 2FH [京] 十进制码：30 09 十六进制码：1EH 09H 汉字编码也称为区位码（汉字在汉字编码表中的位置），用于 汉字信息交换。处理用的汉字编码，称为国标码。在区码和 位码上各加32得到。 [南]44H 4FH， [京] 3EH 29H 国标码在计算机内的表示称为机内码，目的是在对汉字进行处 理时能与ASCII码进行区分。分别在高位码和低位码上各加 128。 [南] C4H CFH ， [京] BEH A9H . 文字的数字编码举例 space = 20h C = 43h + = 2Bh 与 = D3hEBh : = 3Ah 语言 =D3hEFhD1hD4h 是 = CAhC7h 的 = B5hC4h 扩充 = C0hA9hB3hE4h 20 43 2B 2B D3EB 43 3A 20 20 43 2B 2B D3EF D1D4 CAC7 20 20 43 D3EF D1D4 B5C4 C0A9 B3E4 即 00100000 编码, 按 HEX书写C++与C: C++语言是 C语言的扩充 即 00111010 即 1101001111101011 汉字用2个字节编码 即 00101011 即 01000011 即 1011010111000100 即 1100101011000111 11010011111011111101000111010100 11000000101010011011001111100100 . 5.图形和视频表示 位图图像：将图 像划分成独立 的点——像 素，对像素的 状态编码；存 储每个像素的 状态码的方式 来存储图像 分辨率 »3 . 5. 图形和视频表示 ƒ 单色图像：每像素只有黑白两状 态，用0/1表示； ¾ 例：图像分辨率640*480像素， 则存储图像需640*480/8字节 ƒ 灰度图像：每像素有256种状态，用 8比特编码； ¾ 例：图像分辨率640*480像素， 则存储图像需640*480字节 ƒ 彩色图象 ¾ 16色图像：4比特编码 ¾ 256色图像： 8比特编码 ¾ 24位真彩色图像： 24比特编码 屏幕宽（像素） 640 640 640 640 1024 屏幕高（像素） 480 480 480 480 768 图象类型 单色 16色 256色 真彩色 真彩色 需要字节数 . 5. 图形和视频表示 ƒ 位图文件扩展名：.bmp、.pcx、.tif、.jpg、.gif ƒ 可以对位图图像进行编辑，如画图程序 ƒ 减少图像的存储空间和传输时间的方法：降低分辨率、降低像素颜色状 态数、压缩技术、抖动技术 . 5. 图形和视频表示 抖动技术：减少图像中 的颜色数，根据人眼 对颜色和阴影的分辨 率，通过由两个或多 个颜色组成的模式产 生附加的颜色和阴 影。在WWW中，抖 动技术为常用技术 . 5. 图形和视频表示 ƒ 矢量图像：由一串可重构图像的指令表示图象信息。 ¾用不同的颜色来画线和图形，将线条和图形转换为能重构 图像的指令，存储这些指令。 ¾优点：存储空间小，利于对矢量图像的编辑：局部放大、 缩小、变形、上色、移动和删除 ƒ 矢量图象文件扩展名：.wmf、.dxf、.mgx、.eps、.cgm、 . 5. 图形和视频表示 ƒ 矢量图象举例 . 5. 图形和视频表示 ƒ 数字视频：由一系列的帧组成，每帧为静止图片，数据量 640*480*8*30*x秒（bits） ƒ 视频文件扩展名：.avi、.mov、.mpg »4 . 6.声音表示：波形音频、MIDI音乐 ƒ 声音的数字化 . 6.声音表示：波形音频、MIDI音乐 ƒ 波形音频：声音的数字形 式表示 ƒ 采样：对信号在时间轴上 分段 ¾ 采样速率：每秒采用次 数，单位——Hz ¾ 样本幅度：8位/16位 ƒ 音频CD：44.1kHz，16位； 立体声*2；1.44M软盘保留 8秒钟音频 ƒ 一般采用频率11 kHz，8位 ƒ 波形文件的扩展名 ¾ .wav、.mod、.au、.voc . 6.声音表示：波形音频、MIDI音乐 ƒ MIDI音乐文件：包含MIDI乐器和MIDI声卡用来重构声音的 指令。音符的定调、开始音符、演奏音符的乐器、音符的音 量和时间 ƒ MIDI音乐文件扩展名：.mid、.cmf、.rol . 7. 数据压缩 ƒ 多媒体数据的特点：数据量非常大。例如，一张彩色相片的 数据量可达100MB；视频影像和声音因连续播放，数据量庞 大。构成对存储以及网络传输的极大负担。 ƒ 数据压缩：对数据重新进行编码以减少所需存储空间。数据 压缩，压缩后再存储和传输，需要时再解压、还原 ƒ 采用数据压缩技术的依据： ¾原始多媒体数据存在大量冗余：图片中大面积的蓝天；视 频图像每帧之间变化很小 ¾人的感观具有不敏感性：人对细微的颜色差异感觉不明 显。太弱的声音人们感受不到；人的视觉和听觉对某些信 号反映不太敏感，使得压缩后再还原即使有允许范围的变 化，人也感觉不出来。 ƒ 磁盘压缩、文件压缩、文本文件压缩、图形文件压缩、视频 文件压缩、MP3音乐压缩 . 7. 数据压缩 ƒ 磁盘压缩：将文件压缩后放到特定的磁盘卷上。存储文件 时，自动压缩文件；使用文件时，自动解压缩。 ¾创建压缩卷； ¾缺点：有足够的空间来存放所有解压后的文件；压缩卷 上文件错误可能意味着丢失压缩卷上的所有文件 ƒ 文件压缩：将一个或多个文件压缩为一个较小的文件 ¾压缩软件：如winzip . 7. 数据压缩 ƒ 文本文件压缩：采用的压缩技术——自 适应模式替换。扫描整个文件并寻找两 个或多个字节组成的模式。当发现一个 模式后，用文件中其它地方没有用过的 字节代替之，并创建一个字典条目 »5 . 7. 数据压缩 ƒ 图形文件压缩： 未压缩的位图图 像文件包含可压 缩的重复数据 ¾游程编码：一 种压缩技术， 它寻找比特模 式并用描述这 个模式的码字 进行编码 ƒ 文件：.bmp ƒ 文件：.tif、 .pcx、.gif、.jpg . 压缩编码举例 ‰游程长度编码RLE（Run Length Encoding）： 由于一幅图像中有许多颜色相同的图块，用一整数对存储一个像素的颜色 值及相同颜色像素的数目（长度）。例如： （G ，L） ? ? ? ? ? 编码时采用从左到右，从上到下的排列， 每当遇到一串相同数据时就用该数据及 重复次数代替原来的数据串。 000000003333333333 222222222226666666 111111111111111111 111111555555555555 888888888888888888 555555555555553333 222222222222222222 (0,8) (3,10) (2,11) (6,7) (1,18) (1,6) (5,12) (8,18) (5,14) (3,4) (2,18) 18*7字节的像素数据仅用22字节表示 . 7. 数据压缩 ƒ 影响数据压缩的要素： ¾压缩比：原始数据量与压缩后数据量之比 ¾图像质量 ¾压缩与解压缩速度 ¾执行的硬件与软件 ƒ 有损压缩和无损压缩： ¾无损压缩：要求解压以后的数据和原始数据完全一致。 如：磁盘文件压缩，TIFF、PCX、GIF ¾有损压缩：解压以后的数据和原始数据不完全一致，是不 可逆压缩方式。有损压缩还原后，不影响信息的表达。 如：图像、视频、音频数据的压缩；压缩比可高达100:1，但人的主 观感受仍不会对原始信息产生误解 . 图象及音频数据压缩标准 ƒ JPEG（ Joint Photographic Experts Group）：静态图像压缩和解压缩算 法的国际标准。支持有损压缩，压缩比可用参数调整，在压缩比达25:1 时，压缩后还原的图像与原始图像相比较，人们很难区分其中的差别。 ƒ MPEG（Moving Picture Experts Group ）：音频、视频数据的压缩标准。 视频图象由一系列的帧组成。采用帧内压缩（如用JPEG技术，压缩比 20:1-40:1倍）和帧间压缩（运动补偿技术，压缩比50:1） ƒ 帧间编码：对于每秒25帧（30）的电视信号，其相继帧之间存在极强的 相关性。据统计256级灰度的黑白图像序列，帧间差值超过3的象素数不 超过4％。所以在活动图像序列中可以利用前面的帧来预测后面的帧，以 实现数据压缩。 ƒ 视频编码标准H.261 ƒ MP3：压缩音乐数据格式，MPEG压缩的变种 . 帧间编码 ƒ 背景区：图像不变的部分 ƒ 运动物体区：图像变化的部分 ƒ 仅传输图像变化部分的信息 . MPEG----动态视频压缩编码标准 根据对数字影像质量要求的不同，由不同的标准组成：MPEG-1 用于VCD、 MPEG-2 用于DVD、MP3 – MPEG-1 layer 3(音频压 缩) ƒ MPEG-1：1993年公布，数据传输速率1.2Mbit/s-1.5Mbit/s的 视频和伴音信号。 ƒ MPEG-2：1994年公布，主要对高清晰度电视所需的视频及 伴音信号，传输速率10Mbit/s。与MPEG-1兼容。 ƒ MPEG-4：旨在为视、音频数据的通信、存储与管理提供一 个灵活的框架和一套编码工具。它支持基于内容的交互功 能。应用：Internet多媒体应用、交互式视频游戏、实时可视 通信。 ƒ MPEG-7：“多媒体内容描述接口”，为人们获取信息和提供基 于内容的检索的标准。 »6 . 本章知识要点 ƒ 消息数量与表示位数之间的关系 ƒ ASCII、ANSI、EBCDIC、Unicode等字符编码的特点 ƒ 位图图象文件与矢量图象的区别 ƒ 波形音频与MIDI音乐的区别 ƒ 数据压缩：磁盘压缩、文件压缩、文本文件压缩、图形文 件、视频文件压缩、MP3音乐压缩 ƒ 文件扩展名与数据类型 ƒ 16色图像、24位彩色图像、256色图像、灰度图像、单色图像 ƒ ASCII及ASCII文件 ƒ 压缩及压缩比，无损压缩、有损压缩，解压缩、文件压缩 . 练习题 ƒ 数据 是一种记录数据的技术，这样对存储空间的需求可 以减少。 ƒ 磁盘压缩会在磁盘上创建一个压缩 。 ƒ 诸如PKZIP和WinZIP的压缩工具产生的文件具有 文件扩 展名。 ƒ 用较小的字节模式替换字符序列重复出现来压缩文本文件的 技术称为 。 ƒ JPEG使用一种称为 压缩的技术，这种压缩技术会丢失一 些原始图像信息。 ƒ JPEG使用 压缩技术，而GIF使用 压缩技术。 ƒ 文件实际上是矢量图像的音乐版本，原因是它存储重构 音乐的指令。 ƒ 3位可以表示 信息单元。 ƒ ASCII、ANSI、EBCDIC、Unicode都是表示 编码 . 练习题 ƒ 单色图象需要 位来表示每个像素。 ƒ 24位图象被称为 彩色图象。 ƒ 图象文件包含图象中每个像素的数字化表示 ƒ 文件是矢量图象的音乐版本，因为它存储重构音乐的指 令。 ƒ PKZIP和WINZIP都可以创建压缩磁盘卷？ ƒ MP3格式是MIDI文件的压缩版本？ ƒ JPEG使用 压缩技术，而GIF使用 压缩技术。 ƒ 列出ASCII、ANSI、EBCDIC、Unicode等字符编码的特点 ƒ 单色图象中，每个像素用一个比特表示；16色图象中，每个 像素用4个比特表示；每个像素有4种颜色的彩色图象，每个 像素需要多少个比特来表示？ . 练习题 ƒ 描述位图图象与矢量图象的区别。 ƒ 描述波形音频与MIDI音频的区别。 ƒ codec与压缩比的定义。 ƒ 描述磁盘压缩和文件压缩的区别。 ƒ 列出文件文件扩展名，指出所包含的文件数据类型（文本、 图象或声音）及是否采用压缩格式存储。 ¾位图文件扩展名：.bmp、.pcx、.tif、.jpg、.gif、 ¾矢量图象文件扩展名：.wmf、.dxf、.mgx、.eps、.cgm、 ¾波形文件扩展名：.wav、.mod、.au、.voc ¾MIDI音乐文件扩展名：.mid、.cmf、.rol ¾视频文件扩展名：.avi、.mov、.mpg